陰極保護原理與工程東營奧科防腐薛萌2013年1月陰極保護的原理第一章腐蝕原理1.1腐蝕是什么？

腐蝕的定義：腐蝕是金屬與周圍介質發生化學、電化學反應導致金屬破壞的過程。 按照腐蝕原理可分為：化學腐蝕定義：指金屬表面與非電解質直接發生純化學作用而引起的破壞。特點：腐蝕過程中無電流的產生。根據介質的不同它又可分為：（1）.氣體腐蝕（2）.在非電解質溶液中的腐蝕電化學腐蝕：定義：指金屬表面與電解質因發生電化學反應而引起的破壞。特點：腐蝕過程中有電流的產生。

腐蝕原理腐蝕發生的示意圖腐蝕原理Fe→Fe+++2e-O2+H2O+4e-→4OH--離子＋離子電解質電流陽極陰極金屬e-電流圖1微分腐蝕電池的結構示意圖Fe→Fe+++2eO2+2H2O+4e-→4OH-2H2O+2e-→H2+2OH-※通常工程材料自在常溫條件下含水環境中的腐蝕是一種自然的電化學腐蝕★

含水的環境通常成為電解質腐蝕原理⊙腐蝕發生的四個必要條件：

1)必須有陽極或陽極區；

2)必須有陰極或陰極區；

3)陽極和陰極之間應電性連接

4)陽極和陰極必須置于導電性介質中 （通常是水或土壤)。腐蝕原理第二章陰極保護的原理陰極保護原理2.1陰極保護的歷史1936年在伊拉克首都發現一個受陰極保護的壺銅保層的保護(1824年)

㊣鋅、鐵可以對銅進行陰極保護3.鐵的早期保護。

1834年－－－法拉第→陰極保護原理奠定基礎

1890年－－－愛迪生→提出強制電流保護船舶

1902年－－－柯恩→實現了愛迪生的設想

1906年－－－德國建立第一個陰極保護廠

1913年－－－命名為電化學保護

1905年－－－美國－－－用于鍋爐保護

1924年－－－鐵路上的蒸汽鍋爐2.3陰極保護的分類和特點2.3.1分類陰極保護分為：外加電流和犧牲陽極陰極保護外加電流是在回路中串入一個直流電源，借助輔助陽極，將直流電通向被保護的金屬，進而使被保護金屬變成陰極，實施保護，如圖所示。犧牲陽極法是用一種電位比所要保護的金屬還要負的金屬或合金與被保護的金屬電性連接在一起，依靠電位比較負的金屬不斷地腐蝕溶解所產生的電流來保護其它金屬的方法。2.2陰極保護的原理犧牲陽極保護的原理強制電流保護示意圖2.3.2特點一、強制電流1、優點A:驅動電壓高，能夠靈活地在較寬的范圍內控制陰極保護電流輸出量；B:在惡劣的腐蝕條件下或高電阻率的環境中也適用；C:選用不溶性或微溶性輔助陽極時，可進行長期的陰極保護；D:每支輔助陽極床的保護范圍大，當管道防腐層質量良好時，一個陰極保護站的保護范圍可達數十公里；E:對裸露或防腐層質量較差的管道也能達到完全的陰極保護特點：必須有常年供電的直流電源和長壽命輔助陽極地床2、缺點A:一次性投資費用偏高，而且運行過程中需要支付電費；B:陰極保護系統運行過程中，需要嚴格的專業維護管理；C:離不開外部電源，需常年外供電；D：對鄰近的地下金屬構筑物可能會產生干擾作用。二、犧牲陽極陰極保護特點： 不需要外加直流電源，但犧牲陽極材料具備電位足夠負且長期保持該負電位的電化學性能。優點：一次投資費用偏低，且在運行過程中基本上不需要支付維護費用；保護電流的利用率較高，不會產生過保護；對鄰近的地下金屬設施無干擾影響，適用于廠區和無電源的長輸管道，以及小規模的分散管道保護；具有接地和保護兼顧的作用；施工技術簡單，平時不需要特殊專業維護管理。缺點：驅動電位低，保護電流調節范圍窄；使用范圍受土壤電阻率的限制，即土壤電阻率大于50歐.米時，一般不宜選用犧牲陽極保護法；在存在強烈雜散電流干擾區，尤其受交流干擾時，陽極性能有可能發生逆轉；有效陰極保護年限受犧牲陽極壽命的限制，需要定期更換。

陰極保護方案設計時，應根據強制電流保護和犧牲陽極保護各自的特點與優缺點、實際需要、外界條件和經費指標等因素進行選擇使用。2.4評定陰極保護效果的方法最小保護電位為使金屬腐蝕停止進行，金屬經陰極極化后所必須達到的絕對值最小的負電位值，稱之為最小保護電位。－－－－－－－監控陰極保護效果的重要參數美國NACE標準：

1)施加陰極保護時被保護結構物的負電位至少達到－ 0.85V或更負(相對飽和硫酸銅參比電極) 2)相對于飽和硫酸銅參比電極的負極化電位至少為 850mV. 3)在構筑物表面與接觸電解質的穩定參比電極之間的陰 極極化值最小為100mV。2最大保護電位

陰極保護電位越負，保護效果就越好，單點保護范圍也就越廣。但是過負的電位將使被保護金屬構件防腐層與管道金屬間的結合力遭到破壞，產生陰極剝離，甚至氫脆。

在陰極保護中，提出陰極保護電位值并不是越負越有利于金屬的防護，而應有一個絕對值最大的負電位值，稱之為最大保護電位。涂料種類油性涂料瀝青系涂料環氧瀝青涂料環氧系涂料（3層pe）耐陰極保護電壓(V)-0.88-1.20-1.50-1.30—-1.5一些涂料耐負電壓的性能2.5應用范圍船舶船殼、推進器、海水壓載艙、船用冷凝器、舵板、海底門、聲納、機艙積水等2)港工設施和海洋設施護岸、棧橋、鋼板樁碼頭、海上石油鉆井平臺、導管架、海底管線、水鼓、浮標、閘門、滑道、過海隧道等。3)陸上金屬設施化工、發電、煉油、石化、制堿等工業系統中的海水冷卻器、冷凝器、熱交換器、海水泵、貯水罐、循環管路★土壤電解質中的金屬設施煤氣管線、天然氣管線、液化氣管線、上下水管線、輸油管線、通訊管線、儲罐的內外罐底。▲廠區地下管網市區、廠區和生活區地下各類金屬管網、接地網、電訊網等復雜的地下金屬構件■建筑樁基：陸地上建筑物的鋼質樁基、鋼筋混凝土基礎等金屬構件的防腐蝕第三章腐蝕發生的不同類型

第四章陰保系統構成2、強制電流陰極保護系統示意圖第五章犧牲陽極及外加電流陰極保護比較

犧牲陽極外加電流不需要電源需要電源僅用于防腐層好、需要電流小的埋地結構或熱點保護。僅用于土壤電阻率低的環境可以用來保護大型甚至沒有防腐層的結構,其應用受土壤電阻率影響不大.安裝簡單，施工方便,可以和管道同溝埋設距離管道至少100米測量電位時，需要測量陽極安裝處及兩組陽極之間的電位需要測量的點可以很少,可以在匯流點處進行測量埋設點多，使用壽命隨環境而變化，可能需要更換陽極用量較小。開挖工作量少由于在每個點的輸出都較小,一般不會產生腐蝕干擾需要檢測臨近結構是否受到腐蝕干擾其輸出可以自身調節，但不能人為控制可以自動控制管道電位,自動控制輸出電流,達到理想保護狀態.電纜接頭受到陰極保護，不會腐蝕陽極電纜連接接頭要嚴格密封,一旦與土壤接觸，將很快腐蝕斷極性不會接反需要謹慎連接電纜，極性接錯將加速腐蝕

數控高頻開關恒電位儀可控硅、磁飽和恒電位儀控制方式數字控制模擬控制數據存儲自動記錄本機運行數據無無線數據遠程通訊有無多機聯網支持幾乎無限多臺恒電位儀聯網使用少量/無可維護性模塊化結構，維護簡便必須現場維護特征器件DSP、CPLD、AVR、FLASH、IGBT、MOSFET，快恢復二極管，高頻磁性材料普通二極管，可控硅，工頻變壓器效率>90%<70%體積\重量小約為相控恒電位儀的1/5，可單人搬運大需起重機械搬運結構形式臺式、臥式、壁掛式柜式控制精度誤差≤1%誤差1%～3%紋波系數1%以內（全范圍）10%（50%額定輸出）功率因數>0.9<0.7電網適應能力輸出性能受電網波動影響小電網變化超出10%，輸出穩定度降低，紋波增大奧科

--IHF數控高頻開關恒電位儀與可控硅、磁飽和恒